SDR Platform -低軌衛星地面接收站的解決方案

SDR Platform 指的是用來實現軟體無線電（Software Defined Radio，SDR）的硬體和軟體系統，SDR Platform 可以用來實現各種衛星的操作功能，（如：遙測接收、遙控指令傳輸和頻譜監測...）總而言之 SDR Platform 是一種靈活、高效益的衛星與地面接收站通訊的解決方案。

而軟體無線電(SDR) 呢，它是一種使用軟體來控制 RF 訊號處理的無線電。它比傳統無線電靈活度還要高，並且適應性更強，因為通常傳統無線電都是為了連接特定頻率，或是特定調製方案(modulation scheme)的來專門進行設計的。

以下簡介通用無線電系統的硬體設備及其職責：

通用無線電系統的 Physical Layer 處理和硬體設備示意圖
資料來源：A Software-Defined Baseband for Satellite Ground Operations

上圖最左邊橘色的部分，即是無線電系統前端的接收天線。無論你是用 Phased array、Control Plane Receiver 或是 User plane Receiver 一旦接收衛星通訊訊號之後，必然需要再進行後端處理，讓衛星訊號得以轉換成地面行動通訊訊號以供使用。
由於不同軌道的衛星會使用不同的通訊頻段（如：X, S, Ka, Ku band ...），所以傳統無線電系統的設計方式，會依據不同的頻段來設計專門的接收器、專門的 Up/Down Converter，甚至可以說專為特定頻段專門設計了整套無線電系統。
地面接收站接收到特定頻段之後，就會需要進行降頻處理，藉由將高頻的衛星通訊訊號降到中頻或是基頻，最後再經過基頻的系統處理，（上圖右邊藍色部分）將訊號轉換成 OSI 第三層（TCP/IP的網路層） 的 IP，後端就可以透過像是 Gateway 等設備，再介接電信基站、Wi-Fi Router、乙太網路，以供使用！

基於硬體的衛星地面接收站整體運行的架構圖
資料來源：A Software-Defined Baseband for Satellite Ground Operations

像這類傳統基於硬體的衛星地面接收站，就會需要針對不同的衛星頻段（如：X band, S band ）來設計不同硬體和處理方式，雖然它看起來是一套系統，但是其實整合度不是很好，且整體硬體的複雜度很高。

基於軟體的衛星地面接收站整體運行的架構圖
SDR-based satellite ground operations architecture

像這種基於軟體的地面接收站，基本上就可以有比較好的整合
SDR-based satellite ground operations architecture

那我們來看這類基於軟體的衛星地面接收站，它究竟是如何運行的。
最左邊衛星訊號的部分，通訊頻段可能是 X band, Ka band 等...不同頻段，假設現在是 Downlink 的情況，當天線接收到訊號之後，就會做一個比較 "general-purpose" Down Converter 的方式，將衛星訊號轉換到一個大一點的中頻，並透過一個能力很強的 SDR platform 進行降頻轉換的處理，最後（上圖藍色部分）我們就可以全部都用 Baseband 的方式來進行後端的處理，像是轉成 IP 介接到 O-RAN 架構的基站、Ethernet、Wi-Fi Router 等...

基於SDR衛星地面接收站的瓶頸

左圖前面 RF 天線端的部分，當然如果可以的話，會希望盡量讓它更 genrnal purpose，就是說同一套的 SDR Platform，讓它盡量可以兼容接收多個不同的衛星頻段，

像是 K band、Ku band 讓這類相近的頻段，可以用同一套的 SDR Platform 進行天線控制來接收並處理訊號，但是有些頻段可能沒辦法，頻段差太多還是得要用不同的 Up、Down Converter 來做基頻處理。

參考資料來源：

  • Moses Browne Mwakyanjala. (2020). A Software-Defined Baseband for Satellite Ground Operations. https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1502786/FULLTEXT05.pdf
  • Mwakyanjala, Moses & Emami, Reza & Beek, Jaap. (2019). Functional Analysis of Software-Defined Radio Baseband for Satellite Ground Operations. Journal of Spacecraft and Rockets. 56. 1-18. 10.2514/1.A34333. 
本文中文標題：基於SDR的低軌道衛星地面接收站解決方案
English Title: SDR-based satellite ground operations architecture

若是對於內容有任何想法或是對於 LEO 地面接收站介接 O-RAN 有興趣的話，歡迎與我聯繫，一起來討論交流~；現在時間凌晨 03:21 先打到這邊，我先來洗澡

撰文翻譯作者聯絡資訊（蔡秀吉）
位置： 112台灣台北市北投區立農街二段155號

留言

張貼留言

這個網誌中的熱門文章

生成式AI將電信業推向新紀元

圖片
電信產業如何應用生成式 AI？ 究竟電信產業該如何引入生成式 AI (Generative AI)，來解決業界長久以來的痛點呢？秀吉現在就報給你知！ 前言 這個學年來捷克訪問，無法實體參與  Google Cloud Summit Taipei ，但身為國外的 GDSC Lead ，進修和教學還是責無旁貸，畢竟人生的樂趣在學習，人生的收穫在於奉獻 www 所以就忙裡偷閒在國外補檔一下  Google Cloud Summit Taipei | (中華電信)解析 Next’23 最新雲端技術 ；可能是因為主題安排或是時間關係，這場演講比較像是產品成果發表，技術偏少。 但沒關係，本篇文章將科普電信業引入生成式 AI 的魅力在哪？，同時針對演講中提到的 Data Cloud 服務應用與挑戰 做進一步的說明和科普。 簡而言之，這是一篇科普文，所以即使你沒聽過演講也看得懂 （廢話結束，以下正文） 電信產業如何應用生成式 AI 電信產業究竟如何應用生成式 AI，主要可以分成兩大使用範例(Use Cases)： Customer Automation （用戶自動化） Network Automation （網路自動化） 一般人經常使用到的生成式 AI，大多都是 大型語言模型 (Large language model；LLM) ，那麼隨著越來越多人的使用和媒體的炒作，民眾對生成式 AI 衍生服務的接受度也將逐漸增加，而這點對於電信業者來說，是個非常好的機會，為什麼我會這樣說呢？讓我們繼續看下去！ Customer Automation（用戶自動化） 對於絕大部分天然呆的台灣用戶來說：「電信供應商的好壞，在於客戶服務！」 所以只要將客服的體驗優化好，萬事皆好談！ 以中華電信為例，它擁有全台 90% 的固網業務以及 1300萬個門號用戶；對於一間擁有如此龐大用戶的電信業者，最重要的就是導入生成式 AI（如：語音辨識模型、對話模型），用來實現 用戶自動化(Customer Automation) ，和以下目標： 更快解決客戶遇到的問題 減少客服中心收到的來電 確保電信業真的有善用自家強大的科技技術，實現用戶個人化的電信服務 所以台灣四大電信業者正面臨一個龐大的機會，透過導入生成式 AI 實現用戶自動化，即可徹底改變現狀（例如：使用機器學習來分析客訴情況的描...
閱讀完整內容

「強化全民數位韌性」之前？先來聊聊什麼是 O-RAN 吧！| 科普教育

圖片
我國數位發展部的核心理念，即為「強化全民數位韌性」 摘要： 數位發展與全體國民的日常生活息息相關，我國數位發展部（以下簡稱數位部）成立的核心理念，即是為了 「強化全民數位韌性」 ，可是瑞凡 「數位韌性」 這個詞，對於全體民眾而言，似乎還太過遙遠，多數民眾對數位發展仍缺乏概念，也不了解數位到底如何發展？這乃是數位發展政策執行面上長久以來的痛點，因此，為了以俾日後社會全面數位化發展順利， 數位發展專有名詞 的 科學普及教育 實為勢在必行。 本篇文章以民眾日常生活中一定會接觸到的 行動通訊基地台 為題，並針對於我國數位發展的最新應用技術  O-RAN  來進行科普介紹，帶領讀者了解什麼是  O-RAN ？以及數位部是如何 應用  O-RAN 強化我國數位韌性 ，實現「科技島」願景，就讓我們接著看下去吧 ~ 前言： 行動通訊的高速演進，促進社會朝向全面數位化發展，現代人的生活無論求學、工作、娛樂，都早已離不開行動通訊，但當你在享受數位發展帶來生活便利的同時，有沒有想過數位發展究竟是透過什麼樣的工具來實現。本文將會分為三個部分進行科普，首先簡介行動通訊概論及其演進歷史，而後帶領讀者了解為 促進我國數位發展、強化數位韌性 背後的重要功臣「 O-RAN 」究竟是什麼，以及為何我們需要  O-RAN ？最後說明  O-RAN 強化我國數位韌性的應用案例 。 行動通訊概論及其演進歷史簡介： 在了解什麼是  O-RAN  之前，我們先來了解什麼叫做 (RAN ， Radio Access Network) 。 所謂的  RAN  就是 「無線電接取網路」，聽到這個專有名詞，大家可能還是很模糊。 我們換成另一個日常生活稱呼 「基地台」 ，大家應該就比較耳熟能詳，而就是  RAN  它發出了 4G 、 5G 的無線電訊號（如：手機、智慧手錶 等…）接收到訊號後，並與  RAN  互相收發訊號、交換資訊，就實現我們所謂的無線上網啦！ 圖(一) RAN 的基本架構，需包含 RU (射頻單元) 和 BBU (基帶單元)，才能組成完整的 RAN 「什麼是 O-RAN？敢是路邊攤个黑輪？這是啥可以吃嗎？」 讀者對於  RAN  有初步的瞭解...
閱讀完整內容

O-RAN Y1介面簡介

圖片
一句話介紹：這是 O-RAN 新增的介面(2023/03)，允許 Y1 consumers 訂閱或請求 Near-RT RIC 提供的 RAN 分析資訊 (RAN analytics information)。 圖(一) O-RAN Y1介面（圖中紅框處） O-RAN Y1介面功能介紹： Near-RT RIC 透過 Y1 介面，提供 RAN 分析資訊 (RAN analytics information) 的服務，而 Y1 consumers 可以藉由訂閱或請求 RAN 分析資訊 ，來使用 RAN 分析資訊 服務。 當 Y1 consumers 在 O-RAN 可信域 (Trusted Domain) 時，可以作為應用程式功能 (Application Functions，AFs)；或  RAN 分析資訊 可以透過網路曝光功能 (Network Exposure Function，NEF) 以安全的方式提供給 (Application Functions，AFs) 速記：在 O-RAN Trusted Domain 時 ， Y1 consumers == (Application Functions，AFs) 安全的網路曝光方式(NEF) 詳見：3GPP TS 23.501, Clause 5.20 (External Exposure of Network Capability)，連結如下： Release 17:  https://reurl.cc/ml7Y6W Release 16:  https://reurl.cc/7RnV2y 秀吉 MurMur： Y1 consumers  使用 RAN 分析資訊 服務，出發點一定是好的啦~，得以提供不同情境的使用者裝置更適合的服務，但 新介面的出現，同時也意味著新的資安威脅，學術界又有新的研究領域了（誤 綜觀 O-RAN 的高級架構 (High Level Architecture；HLA)   圖(一)： 圖(一) 顯示 O-RAN 架構中主要的四個介面 (A1、O1、Open Fronthaul M-plane、O2)。 SMO（服務管理和編排）透過 A1、O1、Open Fronthaul M-plane 連結 O-RAN Network Func...
閱讀完整內容